**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Elément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre, comprenant un manchon de forme tubulaire en acier trempé, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés, pratiqués dans une cage tubulaire intérieure et concentrique au manchon, le manchon présentant dans son alésage des secteurs assurant le contact des billes entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés permettant la circulation de retour des billes, caractérisé en ce que le manchon tubulaire en acier a une surface extérieure qui comporte au moins deux diamètres différents, la longueur de portée de la partie à plus grand diamètre étant au plus de 4/10 de la longueur des rectilignes des chemins de circulation de billes situés dans la cage intérieure,
au moins une partie des courbes aux deux extrémités de ces chemins de circulation de billes étant uniquement recouverte radialement du côté extérieur de l'élément par un manchon tubulaire distinct situé à la suite axialement et de chaque côté du manchon en acier, ces deux manchons d'extrémité étant concentriques à la cage à billes et au manchon central en acier.
2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier a sa partie à grand diamètre extérieur se trouvant au centre de sa longueur.
3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que seule la partie à plus grand diamètre extérieur du manchon central en acier est rectifiée sur sa surface.
4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier a son diamètre extérieur variable sur sa longueur, le plus grand diamètre se trouvant dans la partie centrale de sa longueur et correspondant à une surface circonférentielle dont la largeur est au moins une ligne et au plus une valeur égale au 1/3 de la longueur de ce manchon.
5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon central en acier comporte une forme intérieure constante sur toute sa longueur.
6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes tubulaire intérieure est en une matière plastique.
7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont en une matière plastique.
8. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont fixés à la cage à billes.
9. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage à billes comporte à chacune de ses extrémités une rainure circulaire extérieure en prise avec un fil d'acier situé dans une
rainure annulaire située à l'intérieur du manchon d'extrémité correspondant.
10. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité comportent en leur intérieur un renflement
annulaire venant en prise dans la rainure circulaire aux extrémités
de la cage à billes.
11. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
manchons sont maintenus contre une rotation sur la cage à billes
par la forme extérieure de cette cage venant en prise dans la forme
intérieure des manchons.
12. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
manchons d'extrémité enferment uniquement radialement une
partie de la cage à billes.
13. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie de la cage à billes et une partie du manchon central en acier.
14. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie de la
cage à billes et recouvrent axialement ses faces à ses extrémités.
15. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité enferment radialement une partie du
manchon central en acier, une partie de la cage à billes et recouvrent axialement les faces des extrémités de cette cage.
16. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité recouvrent les petits diamètres extérieurs du manchon central en acier, seul le grand diamètre servant de contact d'ajustement de l'élément restant découvert.
17. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont une surface extérieure qui comporte plusieurs diamètres, le plus grand diamètre étant d'une longueur au plus égale au tiers de la longueur d'un de ces manchons.
18. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont le même diamètre extérieur que le plus grand diamètre extérieur du manchon central en acier.
19. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité ont un diamètre supérieur au plus grand diamètre du manchon central en acier.
20. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité sont fixés axialement au manchon central en acier.
21. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un manchon d'extrémité comporte au moins une rainure circulaire extérieure servant à un positionnement de l'élément par une bague élastique.
22. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément élastique est positionné entre le manchon central en acier et au moins un des manchons d'extrémité.
23. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément élastique est positionné entre les manchons d'extrémité et la cage à billes tubulaire intérieure.
24. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à ses extrémités des parties additionnelles annulaires en matière plastique occasionnant par leur présence ou leur absence un changement de la longueur totale de l'élément.
25. Elément selon la revendication 24, caractérisé en ce que les parties additionnelles comportent une lèvre souple circulaire au contact de l'arbre où travaille l'élément, cette lèvre faisant office de joint d'étanchéité.
26. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture angulaire longitudinale radiale comprise entre 40 et 800 sur toute la longueur de l'élément.
27. Elément selon les revendications 1, 14, 15 et 20, caractérisé en ce que les manchons d'extrémité comportent une partie venant s'engager axialement dans un chambrage circulaire situé aux extrémités de l'alésage de la cage à billes.
La présente invention a pour objet un élément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre permettant par un effet autoalignant la correction d'une faute d'alignement par rapport au logement où est positionné l'élément. D'autre part, la particularité de ce roulement est que sa construction se situe entre les versions à manchon extérieur massif et les versions à rails de contact distincts situés dans un élément entièrement en matière plastique moulée.
On connaît les éléments de guidage rectiligne par contact à billes sur un arbre sous différentes appellations, telles que: roulements axiaux, roulements à déplacement linéaire illimité, douilles à billes ou à circulation de billes, paliers à billes. Ces appellations se rapportent toutes à un même procédé, soit le guidage d'un élément cylindrique par l'intermédiaire de billes sur un arbre, les billes étant recirculées dans un ou plusieurs chemins sans fin, ce qui donne une course illimitée. Ce système apporte au mouvement de translation des avantages comparables à ceux des roulements uniquement prévus pour la rotation, par exemple le coefficient de frottement, la sécurité de fonctionnement, la durée de vie.
Il existe deux sortes principales de roulements axiaux, les versions fermées et les versions ouvertes, ces dernières étant prévues pour fonctionner sur un arbre supporté le long de la course; l'ouverture angu
laire longitudinale est pratiquée sur toute la longueur de l'élément et permet le passage des supports de fixation de l'arbre.
Le roulement axial est connu depuis quelques dizaines d'années. Il a subi une évolution constante et remplace aujourd'hui avantageusement d'autres formes de guidage, en l'occurrence douilles lisses, coussinets, coulisses grattées ou rectifiées, guidages à rouleaux.
Les roulements linéaires que l'on trouve dans le commerce peuvent être classés en deux groupes de caractères constructifs distincts:
I. La version à manchon extérieur massif, de forme tubulaire, faisant office d'ossature de l'élément, assurant aussi l'effet de circulation des billes disposées dans des chemins fermés, situés dans une cage tubulaire placée en son intérieur par des secteurs de travail servant de contact de charge aux billes dans un rectiligne et des parties dégagées permettant la circulation de retour en regard des courbes et du deuxième rectiligne.
Ce système est le plus répandu et donne de bons résultats au niveau de la précision. Toutefois, le manchon extérieur complètement en acier est relativement compliqué et coûteux à fabriquer, différentes opérations de reprise et d'usinage devant être prévues avant le traitement thermique; en outre, environ la moitié de la longueur de ce manchon en acier est inutilisée pour la portée de travail des billes et sert uniquement à couvrir radialement l'ensemble cage-billes aux extrémités de l'élément et supporte le système de fixation réciproque de la cage au manchon. Dans le cas où deux roulements travaillent avec un même arbre, un alignement parfait des logements doit être requis pour éviter des mauvaises conditions de fonctionnement des roulements.
En effet, on aboutit à une contrainte anormale sur certaines billes se trouvant généralement aux extrémités des chemins de travail et à une mauvaise répartition de la charge sur le total des billes en travail, d'où: - éclatement de billes sous une charge trop forte, - usure prématurée des chemins de travail, des billes et de l'axe, - crochage dans le fonctionnement du roulement.
Il. La version à manchon extérieur, en matière plastique, positionnant des rails servant de chemins de travail aux billes.
Ce système est bon marché à fabriquer, mais il souffre d'un manque de rigidité de l'ensemble rail, manchon extérieur et cage intérieure; en outre, sa précision est dictée par la fabrication des rails, fabrication difficile dans les tolérances demandées pour des guidages de précision.
En outre, ce système se trouve également sur le marché avec des rails dont la surface de contact extérieur est courbe radialement. Cette forme est prévue pour obtenir un effet d'autoalignement de ces rails par rapport à l'arbre en cas d'un défaut géométrique réciproque de l'arbre et du logement où est positionné le roulement. Le défaut de ce système est que ces rails ont tendance à se plier radialement et, de ce fait, ne distribuent pas la charge sur les billes d'une façon uniforme. D'autre part, n'étant pas sollicités, les rails, se trouvant sur un plan parallèle à la direction du défaut d'alignement, gardent leur position initiale.
Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et, en conséquence, de proposer un élément de guidage linéaire à déplacement illimité pouvant remplacer les dispositifs existants tout en éliminant les inconvénients précités, c'est-à-dire d'avoir: - une bonne rigidité de l'ensemble, - une bonne précision d'ajustage et de concentricité, - un prix de revient favorable, - une répartition égale de la charge sur toutes les billes, malgré
une faute d'alignement réciproque de l'arbre et du logement
où fonctionne le roulement.
L'élément de guidage axial pour déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre, comprenant un manchon de forme tubulaire en acier trempé, des billes étant disposées dans des chemins de circulation fermés, pratiqués dans une cage tubulaire intérieure et concentrique au manchon, le manchon présen
tant dans son alésage des secteurs assurant le contact des billes
entre l'arbre et le manchon et des secteurs dégagés permettant la
circulation de retour des billes, est caractérisé en ce que le man
chon tubulaire en acier a une surface extérieure qui comporte au
moins deux diamètres différents, la longueur de portée de la partie
à plus grand diamètre étant au plus de 4/10 de la longueur des
rectilignes des chemins de circulation de billes situés dans la cage
intérieure,
au moins une partie des courbes aux deux extrémités
de ces chemins de circulation de billes étant uniquement recouverte radialement du côté extérieur de l'élément par un manchon
tubulaire distinct situé à la suite axialement et de chaque côté du manchon en acier, ces deux manchons d'extrémité étant concen
triques à la cage à billes et au manchon central en acier.
Le dessin représente, à titre d'exemples, des modes d'exécution d'un élément de guidage à déplacement rectiligne illimité par contact à billes sur un arbre dans des réalisations fermée et
ouverte ainsi que différentes variantes d'un manchon.
Dans le dessin:
La fig. 1 représente une vue de côté partiellement en coupe d'un mode d'exécution d'un élément de guidage axial fermé avec deux parties additionnelles, dont l'une est un joint d'étanchéité;
la fig. 2 représente une vue frontale partiellement en coupe du mode d'exécution de la fig. 1;
la fig. 3 représente une vue de côté partiellement en coupe d'un mode d'exécution d'un élément de guidage axial ouvert avec deux parties additionnelles;
la fig. 4 représente une vue frontale partiellement en coupe du mode d'exécution de la fig. 3;
la fig. 5 représente une coupe longitudinale à travers le manchon de l'élément des fig. 1 à 4 avec une pièce élastique positionnée entre les manchons, l'élément étant représenté sans parties additionnelles et avec des bossages de retenue sur la surface extérieure des manchons d'extrémité;
;
la fig. 6 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier avec un diamètre extérieur variable sur sa longueur et des manchons d'extrémité recouvrant les faces de la cage intérieure et venant en prise dans une rainure circulaire située dans l'alésage de cette cage;
la fig. 7 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier dont les petits diamètres extérieurs sont recouverts par les manchons d'extrémité;
la fig. 8 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier dont les petits diamètres extérieurs sont recouverts par les manchons d'extrémité;
;
la fig. 9 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant un manchon central en acier d'une forme différente recouvert partiellement radialement par les manchons d'extrémité retenus axialement à la cage par une partie en forme de crochet en prise dans la rainure extérieure aux extrémités de la cage, ces manchons d'extrémité recouvrant les faces de la cage intérieure et venant en prise dans une rainure circulaire dans l'alésage de cette cage, et
la fig. 10 représente une variante de l'élément de la fig. 5 comportant les manchons d'extrémité fixés axialement au manchon central en acier.
L'élément de guidage axial à déplacement rectiligne illimité représenté dans le dessin, par contact à billes sur un arbre 1, comprend un manchon tubulaire extérieur en acier trempé 2 dont la surface extérieure a son diamètre extérieur d'ajustage seulement sur une courte partie centrale 3 de sa longueur totale. Ce manchon est positionné axialement entre deux manchons distincts d'extrémité 4, en matière plastique, fixés par un fil semi-circulaire en acier à ressort 5 noyé alternativement dans deux rainures correspondantes 6 et 7 des manchons 4 et de la cage tubulaire intérieure 8 comportant des chemins fermés 9 de circulation de billes 10.
Le manchon 2 présente dans son alésage des secteurs rectifiés 11 formant les pistes de travail des billes et des secteurs dégagés 12 permettant le retour des billes, le manchon étant maintenu contre une rotation sur la cage intérieure par l'emboîtement de la forme extérieure de la cage dans une forme correspondante dans l'alésage du manchon 2. Les manchons d'extrémité 4 comportent dans leur alésage des dégagements 13 en regard de la première partie des courbes des chemins de circulation de billes, la deuxième partie des courbes se trouvant dans le dégagement de forme 14 servant aussi à maintenir ces manchons 4 contre une rotation par rapport à la cage (fig. 2 et 4). Une ou plusieurs rainures circulaires de retenue axiale 15 de l'élément, par système circlips, peuvent être prévues sur l'extérieur de ces manchons.
Dans une variante, des parties additionnelles annulaires 16 se fixent au choix aux extrémités de l'élément par des pistons 17 venant s'engager avec friction dans des alésages 18 pratiqués dans la cage (fig. 1 et 3). Ces parties additionnelles servent à varier la longueur de l'élément pour permettre son utilisation dans plusieurs normalisations du commerce. Elles permettent aussi un usinage quelconque effectué par l'utilisateur pour positionner l'élément à sa place de travail, par exemple: lamage ou fraisage partiel pratiqué axialement à une extrémité de l'élément. Ces parties additionnelles peuvent aussi comporter une lèvre souple faisant office de joint d'étanchéité 19.
La cage à billes intérieure 8, les manchons d'extrémité 4 ainsi que les parties additionnelles sont fabriqués en matière plastique moulée, telle que polyamide graphité.
Seuls les billes 10 et le manchon central 2 sont en acier. Ce manchon 2 est plus simple à fabriquer qu'un manchon enrobant toute la longueur de l'élément, sa longueur étant environ deux fois plus courte; on réalise une importante économie de matière et aucun usinage circulaire intérieur d'extrémité n'étant nécessaire, le temps de fabrication peut être réduit d'une façon très appréciable.
Dans une version préférée, la surface extérieure du manchon portant sur seulement une courte partie de sa longueur est obtenue par un usinage symétrique extérieur avant le traitement thermique à un diamètre inférieur au diamètre de finition par rectification. Cette opération de rectification est effectuée facilement et rapidement, une étroite bande de matière restant seulement à terminer à la cote de finition. Le montage est aussi plus simple, les billes pouvant être lâchées pour tomber par gravité dans les chemins de l'élément maintenu en position verticale avant le montage du dernier manchon d'extrémité.
L'élément de guidage axial peut aussi être fabriqué en version ouverte (voir fig. 3 et 4). Dans ce cas, pour éviter une déformation des manchons d'extrémité, il sera prévu des parties en retrait 20 aux extrémités de la cage intérieure, ces parties étant en prise avec des parties de forme correspondantes 21 situées aux extrémités des manchons d'extrémité. Ce système n'est toutefois pas nécessaire si l'on adopte le type de manchon d'extrémité venant en prise à l'intérieur d'une rainure 27 pratiquée dans la cage à billes à chacune de ses extrémités (voir fig. 6 et 9).
Un deuxième mode de fixation des manchons d'extrémité consiste à retenir axialement ces derniers à la cage à billes par des parties 22 venant s'engager par déformation élastique lors du montage dans la rainure extérieure 7 de la cage à billes (voir fig. 9). D'autres modes de fixation des faux manchons 4 non représentés peuvent être envisagés, par exemple le coulage d'une matière plastique en prise avec la cage et les manchons d'extrémité ou le soudage de ces éléments, ou encore une fixation par déformation mécanique ou par ultrasons. D'autre part, un circlips extérieur aux extrémités de la cage à billes est pratiquement viable bien que n'étant pas très esthétique.
Il est avantageux de positionner un élément élastique entre les trois manchons pour améliorer l'équilibre des jeux souhaitables entre les différentes pièces de l'élément, les tolérances de fabrication pouvant être de cette façon élargies, ce qui influence également favorablement le prix de revient des pièces en matière plastique moulée.
Dans une exécution préférée, cet élément élastique peut être un fil 23 en caoutchouc synthétique noyé dans une gorge 24 pratiquée dans les manchons d'extrémité et occasionnant une poussée axiale entre les différentes pièces de l'élément ou ayant un effet autocentreur réciproque entre les manchons si l'élément élastique travaille sur un contact oblique 25 (voir fig. 8 et 9).
L'élément décrit en regard des figures du dessin présente un effet autoalignant qui permet de corriger une erreur jusqu'à environ 10 et égalise la charge sur toutes les billes. On remarque qu'en cas d'un défaut d'alignement réciproque de l'arbre et du logement où est monté l'élément, le manchon central s'alignera indépendamment de l'ensemble formé des manchons d'extrémité et de la cage à billes, c'est pourquoi l'effet de basculement du manchon central est mieux contrôlé si ce dernier est positionné par des éléments élastiques à poussée axiale ou à effet centreur.
Pour permettre le basculement décrit ci-dessus, un jeu axial est prévu entre les manchons 2 et 4 et un jeu radial d'ajustage 26 (fig. 5 à 10) est prévu entre les extrémités du manchon central en acier et les parties de la cage en regard de ces extrémités.
Le diamètre de contact extérieur du manchon central en acier est rectifié à une précision de l'ordre de 0,01 mm. Les pistes de roulement des billes se trouvent sur les secteurs de travail rectifiés et rodés après trempe à une précision aussi de l'ordre de 0,01 mm.
L'élément décrit est donc d'une précision et d'une concentricité équivalente aux roulements à manchon massif unique; toutefois, il est à remarquer que son utilisation ne peut se faire qu'avec deux éléments sur un arbre, l'effet autoalignant annulant l'effet d'alignement directionnel. Un jeu suffisant doit être également prévu entre l'alésage intérieur de la cage à billes et l'arbre sur lequel fonctionne l'élément pour éviter un contact de frottement en cas d'une faute d'alignement réciproque importante. Outre le prix de revient plus avantageux, d'autres avantages peuvent être escomptés. Les manchons d'extrémité peuvent avoir un diamètre légèrement plus grand que le diamètre d'ajustage du manchon central en acier et, de ce fait, servir à friction de retenue dans l'alésage où est monté l'élément.
Dans une variante, cette retenue par friction peut s'effectuer par des bossages 28 de faible hauteur en forme de points ou raies positives situés sur le diamètre extérieur des manchons d'extrémité. Le sommet de ces bossages 28 étant inscrit sur un diamètre légèrement supérieur au diamètre d'ajustage prévu dans le logement où se monte l'élément.
Plus de 70% de l'élément consistant en une matière plastique, le poids de l'élément est moins important et on sera, dans certains cas, avantagé lors d'utilisation avec une limitation de masse en mouvement. Un poids réduit influence aussi favorablement les frais de transport et facilite la manutention tant au niveau de la distribution commerciale que dans les opérations de montage de l'élément.
Le diamètre des billes varie entre 1/4 de diamètre de l'arbre pour les petits modèles et 1/9 du diamètre de l'arbre pour les grands modèles. En effet, une cage à billes en plastique n'est pas compatible avec des billes de trop petite dimension, sa hauteur de section étant alors trop faible. D'autre part, le système de fixation des parties additionnelles dans la cage oblige cette dernière à posséder une section suffisante.
Les éléments sont prévus depuis le diamètre de l'arbre de 6 jusqu'à 50 mm.
Le nombre de chemins de circulation est de quatre pour des éléments fonctionnant sur un arbre n'excédant pas 10 mm de diamètre, cinq pour ceux prévus pour des arbres de 12 à 20 mm et de six pour les plus grands modèles. Pour les versions ouvertes, on enlève un chemin à ces nombres, excepté pour les petits modèles jusqu'à 10 mm qui ne sont pas fabriqués en version ouverte.
Le nombre des pistons de fixation d'une partie additionnelle est de trois pour les dimensions jusqu'à 20 mm de diamètre de l'arbre et de quatre pour les plus grandes dimensions. Les pistons et les alésages correspondants se trouvent dans une position angulaire différente des chemins de circulation, cela pour ne pas affaiblir la cage intérieure, en particulier pour les versions ouvertes où l'on fera coïncider les positions réciproques pour obtenir une plus grande rigidité de la cage face à l'ouverture.
En conclusion, dans une exécution différée, si l'on désire obtenir un élément qui ne possède pas l'effet autoalignant, il suffit de prévoir le manchon central en acier dont le diamètre extérieur est cylindrique et constant sur toute sa longueur.
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CLAIMS
1. Axial guide element for unlimited rectilinear movement by ball contact on a shaft, comprising a tubular sleeve of hardened steel, balls being arranged in closed circulation paths, formed in an inner tubular cage and concentric with the sleeve, the sleeve having in its bore sectors ensuring the contact of the balls between the shaft and the sleeve and free sectors allowing the return circulation of the balls, characterized in that the tubular steel sleeve has an external surface which comprises at least two different diameters, the span length of the part with the largest diameter being at most 4/10 of the length of the straight lines of the ball circulation paths located in the inner cage,
at least part of the curves at the two ends of these ball circulation paths being only covered radially on the outside of the element by a separate tubular sleeve located axially and on each side of the steel sleeve, these two sleeves d the end being concentric with the ball cage and the central steel sleeve.
2. Element according to claim 1, characterized in that the central steel sleeve has its part with large external diameter lying in the center of its length.
3. Element according to claim 1, characterized in that only the part with a larger outside diameter of the central steel sleeve is ground on its surface.
4. Element according to claim 1, characterized in that the central steel sleeve has its variable outside diameter over its length, the largest diameter being in the central part of its length and corresponding to a circumferential surface whose width is at minus a line and at most a value equal to 1/3 of the length of this sleeve.
5. Element according to claim 1, characterized in that the central steel sleeve has a constant internal shape over its entire length.
6. Element according to claim 1, characterized in that the inner tubular ball cage is made of a plastic material.
7. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves are made of a plastic material.
8. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves are fixed to the ball cage.
9. Element according to claim 1, characterized in that the ball cage comprises at each of its ends an external circular groove engaged with a steel wire located in a
annular groove located inside the corresponding end sleeve.
10. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves have inside a bulge
annular engaging in the circular groove at the ends
of the ball cage.
11. Element according to claim 1, characterized in that the
sleeves are held against rotation on the ball cage
by the outer shape of this cage engaging in the shape
inner sleeves.
12. Element according to claim 1, characterized in that the
end sleeves enclose only radially a
part of the ball cage.
13. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves radially enclose part of the ball cage and part of the central steel sleeve.
14. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves radially enclose part of the
ball cage and axially cover its faces at its ends.
15. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves radially enclose part of the
central steel sleeve, part of the ball cage and axially cover the faces of the ends of this cage.
16. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves cover the small outside diameters of the central steel sleeve, only the large diameter serving as an adjustment contact for the element remaining uncovered.
17. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves have an outer surface which has several diameters, the largest diameter being of a length at most equal to one third of the length of one of these sleeves.
18. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves have the same outside diameter as the largest outside diameter of the central steel sleeve.
19. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves have a diameter greater than the largest diameter of the central steel sleeve.
20. Element according to claim 1, characterized in that the end sleeves are fixed axially to the central steel sleeve.
21. Element according to claim 1, characterized in that at least one end sleeve has at least one outer circular groove serving for positioning of the element by an elastic ring.
22. Element according to claim 1, characterized in that at least one elastic element is positioned between the central steel sleeve and at least one of the end sleeves.
23. Element according to claim 1, characterized in that at least one elastic element is positioned between the end sleeves and the inner tubular ball cage.
24. Element according to claim 1, characterized in that it comprises at its ends additional annular plastic parts causing by their presence or absence a change in the total length of the element.
25. Element according to claim 24, characterized in that the additional parts comprise a flexible circular lip in contact with the shaft where the element works, this lip acting as a seal.
26. Element according to claim 1, characterized in that it comprises a radial longitudinal angular opening between 40 and 800 over the entire length of the element.
27. Element according to claims 1, 14, 15 and 20, characterized in that the end sleeves comprise a part coming to engage axially in a circular recess situated at the ends of the bore of the ball cage.
The present invention relates to an axial guide element for unlimited rectilinear movement by ball contact on a shaft allowing, by a self-aligning effect, the correction of a misalignment relative to the housing where the element is positioned. On the other hand, the peculiarity of this bearing is that its construction is located between the versions with solid outer sleeve and the versions with separate contact rails located in an element entirely made of molded plastic.
We know the rectilinear guide elements by ball contact on a shaft under different names, such as: axial bearings, bearings with unlimited linear displacement, ball bearings or ball bearings, ball bearings. These names all relate to the same process, that is the guiding of a cylindrical element by means of balls on a shaft, the balls being recirculated in one or more endless paths, which gives an unlimited stroke. This system brings to the translational movement advantages comparable to those of the bearings only intended for rotation, for example the coefficient of friction, operating safety, service life.
There are two main types of axial bearings, the closed versions and the open versions, the latter being designed to operate on a shaft supported along the race; the angu opening
the longitudinal strip is made over the entire length of the element and allows the passage of the shaft fixing supports.
Axial bearing has been known for a few decades. It has undergone constant development and today advantageously replaces other forms of guidance, in this case plain bushings, bearings, scraped or rectified slides, roller guides.
Linear bearings that are commercially available can be classified into two distinct groups of constructive characters:
I. The version with massive outer sleeve, of tubular shape, acting as framework of the element, also ensuring the circulation effect of the balls arranged in closed paths, located in a tubular cage placed inside by sectors working serving as load contact with the balls in a straight line and free parts allowing the return circulation opposite the curves and the second straight line.
This system is the most widespread and gives good results in terms of precision. However, the completely steel outer sleeve is relatively complicated and expensive to manufacture, various recovery and machining operations having to be planned before the heat treatment; in addition, approximately half the length of this steel sleeve is unused for the working range of the balls and is used only to radially cover the ball cage assembly at the ends of the element and supports the reciprocal fixing system of the sleeve cage. In the case where two bearings work with the same shaft, a perfect alignment of the housings must be required to avoid poor operating conditions of the bearings.
Indeed, we end up with an abnormal stress on certain balls generally located at the ends of the working paths and with a bad distribution of the load on the total of the balls in work, from where: - bursting of balls under a too strong load , - premature wear of the working paths, of the balls and of the axle, - spitting in the functioning of the bearing.
He. The version with external sleeve, in plastic material, positioning rails serving as working paths for the balls.
This system is inexpensive to manufacture, but it suffers from a lack of rigidity of the rail, outer sleeve and inner cage assembly; furthermore, its precision is dictated by the manufacture of the rails, manufacture difficult within the tolerances required for precision guides.
In addition, this system is also found on the market with rails whose external contact surface is radially curved. This shape is provided to obtain an effect of self-alignment of these rails relative to the shaft in the event of a reciprocal geometric defect of the shaft and of the housing where the bearing is positioned. The drawback of this system is that these rails tend to bend radially and, therefore, do not distribute the load on the balls in a uniform manner. On the other hand, not being stressed, the rails, being on a plane parallel to the direction of the misalignment, keep their initial position.
The purpose of the present invention is to overcome these drawbacks and, consequently, to propose a linear guide element with unlimited movement which can replace the existing devices while eliminating the above-mentioned drawbacks, that is to say having: - good rigidity of the assembly, - good precision of adjustment and concentricity, - a favorable cost price, - an equal distribution of the load on all the balls, despite
a reciprocal misalignment of the shaft and the housing
where the bearing works.
The axial guide element for unlimited rectilinear movement by ball contact on a shaft, comprising a tubular sleeve made of hardened steel, balls being arranged in closed circulation paths, formed in an inner tubular cage and concentric with the sleeve, the sleeve
both in its bore of the sectors ensuring the contact of the balls
between the shaft and the sleeve and clear areas allowing the
return circulation of the balls, is characterized in that the man
tubular steel chon has an outer surface which has at
minus two different diameters, the span length of the part
with a larger diameter being at most 4/10 of the length of the
straight paths of balls in the cage
interior,
at least part of the curves at both ends
of these ball circulation paths being only covered radially on the outside of the element by a sleeve
separate tubular located axially and on each side of the steel sleeve, these two end sleeves being concen
triques with ball cage and central steel sleeve.
The drawing represents, by way of examples, embodiments of a guide element with unlimited rectilinear displacement by ball contact on a shaft in closed and
open as well as different variants of a sleeve.
In the drawing:
Fig. 1 shows a side view partially in section of an embodiment of a closed axial guide element with two additional parts, one of which is a seal;
fig. 2 shows a front view partially in section of the embodiment of FIG. 1;
fig. 3 shows a side view partially in section of an embodiment of an open axial guide element with two additional parts;
fig. 4 shows a front view partially in section of the embodiment of FIG. 3;
fig. 5 shows a longitudinal section through the sleeve of the element of FIGS. 1 to 4 with an elastic piece positioned between the sleeves, the element being shown without additional parts and with retaining bosses on the external surface of the end sleeves;
;
fig. 6 shows a variant of the element of FIG. 5 comprising a central steel sleeve with a variable outside diameter along its length and end sleeves covering the faces of the inner cage and engaging in a circular groove located in the bore of this cage;
fig. 7 shows a variant of the element of FIG. 5 comprising a central steel sleeve whose small outside diameters are covered by the end sleeves;
fig. 8 shows a variant of the element of FIG. 5 comprising a central steel sleeve whose small outside diameters are covered by the end sleeves;
;
fig. 9 shows a variant of the element of FIG. 5 comprising a central steel sleeve of a different shape partially covered radially by the end sleeves retained axially to the cage by a hook-shaped part engaged in the external groove at the ends of the cage, these end sleeves covering the faces of the inner cage and engaging in a circular groove in the bore of this cage, and
fig. 10 shows a variant of the element of FIG. 5 comprising the end sleeves axially fixed to the central steel sleeve.
The axial guide element with unlimited rectilinear movement shown in the drawing, by ball contact on a shaft 1, comprises an outer tubular sleeve of hardened steel 2, the outer surface of which has its outer diameter for adjustment only on a short central part. 3 of its total length. This sleeve is positioned axially between two separate end sleeves 4, of plastic material, fixed by a semicircular wire made of spring steel 5 alternately embedded in two corresponding grooves 6 and 7 of the sleeves 4 and of the inner tubular cage 8 comprising closed paths 9 for circulation of balls 10.
The sleeve 2 has in its bore rectified sectors 11 forming the working tracks of the balls and unobstructed sectors 12 allowing the balls to return, the sleeve being held against rotation on the inner cage by the interlocking of the external shape of the cage in a corresponding shape in the bore of the sleeve 2. The end sleeves 4 have in their bore recesses 13 facing the first part of the curves of the paths of circulation of balls, the second part of the curves being in the shape release 14 also serving to hold these sleeves 4 against rotation relative to the cage (fig. 2 and 4). One or more circular axial retaining grooves 15 of the element, by circlip system, can be provided on the outside of these sleeves.
In a variant, additional annular parts 16 are fixed as desired at the ends of the element by pistons 17 coming to engage with friction in bores 18 made in the cage (fig. 1 and 3). These additional parts are used to vary the length of the element to allow its use in several commercial standardizations. They also allow any machining carried out by the user to position the element in its working place, for example: countersinking or partial milling carried out axially at one end of the element. These additional parts may also include a flexible lip acting as a seal 19.
The inner ball cage 8, the end sleeves 4 and the additional parts are made of molded plastic, such as graphite polyamide.
Only the balls 10 and the central sleeve 2 are made of steel. This sleeve 2 is simpler to manufacture than a sleeve covering the entire length of the element, its length being approximately twice as short; significant material savings are made and no internal circular end machining is necessary, the manufacturing time can be reduced in a very appreciable manner.
In a preferred version, the outer surface of the sleeve covering only a short part of its length is obtained by symmetrical external machining before the heat treatment to a diameter less than the diameter of finishing by grinding. This rectification operation is carried out easily and quickly, a narrow strip of material remaining only to be finished at the finishing dimension. The assembly is also simpler, the balls being able to be released to fall by gravity in the paths of the element maintained in vertical position before the assembly of the last end sleeve.
The axial guide element can also be produced in an open version (see fig. 3 and 4). In this case, to avoid deformation of the end sleeves, recessed parts 20 will be provided at the ends of the inner cage, these parts being engaged with correspondingly shaped parts 21 located at the ends of the end sleeves. This system is however not necessary if one adopts the type of end sleeve engaging inside a groove 27 formed in the ball cage at each of its ends (see fig. 6 and 9 ).
A second method of fixing the end sleeves consists in retaining the latter axially to the ball cage by parts 22 which engage by elastic deformation during mounting in the outer groove 7 of the ball cage (see fig. 9 ). Other methods of fixing the false sleeves 4 not shown can be envisaged, for example the casting of a plastic material in engagement with the cage and the end sleeves or the welding of these elements, or even a fixing by mechanical deformation or by ultrasound. On the other hand, an external circlip at the ends of the ball cage is practically viable although not very aesthetic.
It is advantageous to position an elastic element between the three sleeves to improve the balance of the desired clearances between the different parts of the element, the manufacturing tolerances being able to be widened in this way, which also favorably influences the cost price of the elements. molded plastic parts.
In a preferred embodiment, this elastic element can be a wire 23 made of synthetic rubber embedded in a groove 24 formed in the end sleeves and causing an axial thrust between the different parts of the element or having a reciprocal self-centering effect between the sleeves if the elastic element works on an oblique contact 25 (see FIGS. 8 and 9).
The element described with reference to the figures in the drawing has a self-aligning effect which makes it possible to correct an error up to approximately 10 and equalizes the load on all the balls. Note that in the event of a reciprocal misalignment of the shaft and the housing where the element is mounted, the central sleeve will align independently of the assembly formed by the end sleeves and the cage balls, this is why the tilting effect of the central sleeve is better controlled if the latter is positioned by elastic elements with axial thrust or with a centering effect.
To allow the tilting described above, an axial clearance is provided between the sleeves 2 and 4 and a radial adjustment clearance 26 (fig. 5 to 10) is provided between the ends of the central steel sleeve and the parts of the cage opposite these ends.
The outside contact diameter of the central steel sleeve is adjusted to an accuracy of the order of 0.01 mm. The rolling tracks of the balls are on the rectified and lapped working sectors after quenching to an accuracy also of the order of 0.01 mm.
The element described is therefore of a precision and concentricity equivalent to single solid sleeve bearings; however, it should be noted that its use can only be done with two elements on a tree, the self-aligning effect canceling out the directional alignment effect. Sufficient play must also be provided between the internal bore of the ball cage and the shaft on which the element operates to avoid friction contact in the event of a major reciprocal misalignment. In addition to the more favorable cost price, other advantages can be expected. The end sleeves may have a diameter slightly larger than the adjustment diameter of the central steel sleeve and, therefore, serve as retaining friction in the bore where the element is mounted.
In a variant, this friction retention can be effected by bosses 28 of small height in the form of positive points or lines located on the outside diameter of the end sleeves. The top of these bosses 28 being inscribed on a diameter slightly greater than the adjustment diameter provided in the housing where the element is mounted.
More than 70% of the element consisting of a plastic material, the weight of the element is less important and one will, in certain cases, be advantageous during use with a limitation of mass in movement. A reduced weight also favorably influences transport costs and facilitates handling both in terms of commercial distribution and in the assembly operations of the element.
The diameter of the balls varies between 1/4 of the diameter of the tree for small models and 1/9 of the diameter of the tree for large models. Indeed, a plastic ball cage is not compatible with balls of too small dimension, its section height then being too low. On the other hand, the system for fixing the additional parts in the cage requires the latter to have a sufficient section.
The elements are provided from the shaft diameter from 6 up to 50 mm.
The number of traffic paths is four for elements operating on a tree not exceeding 10 mm in diameter, five for those intended for 12 to 20 mm trees and six for the largest models. For the open versions, a path is removed from these numbers, except for the small models up to 10 mm which are not manufactured in the open version.
The number of fixing pistons for an additional part is three for dimensions up to 20 mm in diameter of the shaft and four for larger dimensions. The pistons and the corresponding bores are in an angular position different from the circulation paths, so as not to weaken the inner cage, in particular for the open versions where the reciprocal positions will be coincided to obtain greater rigidity of the cage facing the opening.
In conclusion, in a delayed execution, if one wishes to obtain an element which does not have the self-aligning effect, it suffices to provide the central steel sleeve whose external diameter is cylindrical and constant over its entire length.